Die Thin-Film-Transistor-Industrie durch Nutzung von Foundries zur Reifung unterstützen

Die Thin-Film-Transistor-(TFT)-Industrie hat ein Problem. Es fehlt ihr die Infrastruktur und das Geschäftsmodell, das in anderen Halbleitermärkten vorhanden ist. Deshalb leidet sie in vielen Bereichen, aber das wird sich dank eines Teams innovativer Forscher der KU Leuven ändern. Sie haben einen neuen Typ von TFT-Chip entwickelt, der in großen Fabriken, den sogenannten Foundries, hergestellt werden kann. Hier ist, warum das eine große Sache ist.

Was sind Thin-Film-Transistoren?

Thin-Film-Transistoren sind eine Form der Halbleitertechnologie. Halbleiter leiten Strom, jedoch nicht so gut wie Leiter. Konkret liegt ihre Leitfähigkeit zwischen Isolator und Leiter, was sie ideal für den Einsatz als Schalter in der Mikroelektronik macht. Derzeit besitzen Sie wahrscheinlich irgendeine Form von TFT-Technologie. Sie sind entscheidende Komponenten in Mikrochips.

Der häufigste Einsatz von TFT-Technologie ist in Bildschirmen, wo sie jedes Pixel steuern. TFT-Displays findet man in Smartphones und anderen kleinen Bildschirmen. Diese Sensoren sind üblich in Active-Matrix-LCD-Bildschirmen, wie sie in DSLR-Kameras, LCD-Projektoren oder Headset-Displays vorkommen. Heute werden zwei Hauptmaterialien zur Herstellung von TFT-Chips verwendet:

Amorphes Silizium

Amorphes Silizium ist das heute am häufigsten verwendete Material zur Herstellung von TFT-Chips. Es ist am günstigsten in großen Mengen zu produzieren und kann für eine Vielzahl von Anwendungsfällen angepasst werden. Bemerkenswert ist, dass diese Chips eine geringere Effizienz als einige andere Alternativen bieten, aber auf verschiedene Substrate wie Glas, Metall und Kunststoff aufgebracht werden können.

Polykristallines Silizium

Polykristallines Silizium ist effizienter als amorphes Silizium. Es ist jedoch auch schwieriger und teurer herzustellen. Es wird durch Destillation spezifischer Verbindungen auf Silizium mittels Hitze oder chemischer Reaktionen erzeugt. Dieser Prozess erfordert spezielle Maschinen und Facharbeiter.

Nachteile der ursprünglichen Thin-Film-Transistoren

Diese TFT-Varianten haben einige Nachteile. Erstens sind sie nicht flexibel. Außerdem fehlt ihnen die Infrastruktur, Produktionskapazität oder Unterstützung anderer Halbleitertypen, die über große Fabriken, sogenannte Foundries, verfügen, die diese Chips in Massen produzieren.

Mit der Nachfrage Schritt halten

Diese Halbleiter-Fertigungs-Foundries erstellen in den meisten Fällen kundenspezifische und generische Chips auf Wafern. Ein Wafer ist eine Scheibe aus Halbleitermaterial, die zur Herstellung von Schaltungen und Solarzellen verwendet wird. Sie ermöglichen die Produktion kleinerer Chipsätze. Bemerkenswert ist, dass es für TFT-Chips keine operierenden Foundries gibt, die ihren Markt unterstützen. Dadurch hat das Fehlen einer Fertigung ihre Innovation und Verbreitung bisher eingeschränkt.

Entscheidendes Geschäftsmodell

Das Modell, große Halbleiter-Foundries zu besitzen, ist aus mehreren Gründen sinnvoll. Erstens gibt es eine enorme Nachfrage nach diesen Chips, die voraussichtlich mit dem Anstieg der Elektronik weiter wachsen wird. Der Bereich der Dünnfilm-Elektronik könnte einen Innovationsschub erleben, wenn Ingenieure sich stärker auf neue Funktionen statt auf Chip-Layout und Design konzentrieren können.

Ein neuer Ansatz

Die Forscher des Berichts, Hikmet Çeliker, Wim Dehaene und Kris Myny, stellten fest, dass das Fehlen von Foundries und Standards die größten Faktoren sind, die die Expansion der Dünnfilm-Elektronik einschränken. Sie planen, dieses Problem zu lösen und ein neues Zeitalter flexibler und kleinerer Elektronik einzuleiten.

Weiterentwickelte TFT

Die Forscher verfolgen einen mehrgleisigen Ansatz, der den Aufbau von Foundries, die Förderung von Innovationen und die Schaffung flexibler TFT-Chip-Standards für die Massenproduktion umfasst. Bemerkenswert ist, dass sie diese Aufgabe erfolgreich abgeschlossen haben und das Gelernte nutzen wollen, um den Dünnfilm-Elektroniksektor zu stärken.

Super‑Thin-Film-Transistoren

Die Forscher entwickelten zwei verschiedene Versionen von dünnen TFTs unter Verwendung alternativer Substrate. Sie stellten diese Einheiten mit einem TFT‑unterstützten Mikroprozessor und weiteren Komponenten her, um einen flexiblen MOS‑6502‑Chip zu erzeugen. Dieser legendäre Chip versorgte Nintendo, frühe Apple (AAPL ) ‑Computer und sogar den ersten Commodore mit Strom. Obwohl er nach heutigen Maßstäben kaum Rechenleistung bietet, ist die Miniaturisierung von großer Bedeutung.

Die offiziellen Messungen der Forscher setzen das Projekt auf weniger als 30 Mikrometer. Unglaublicherweise ist das dünner als ein menschliches Haar. Die Auswirkungen, Mikrochips dieser Größe herzustellen, könnten bahnbrechend sein. Eine Vielzahl von Branchen könnte sofort von der Einführung kostengünstiger, leicht herzustellender, dünner Chips profitieren.

Zwei Substrate

Für die Thin-Film-Transistoren wurden zwei verschiedene Substrate gewählt: amorphes Indium‑Gallium‑Zink‑Oxid und polykristallines Silizium. Letzteres unterscheidet sich vom Vorgänger dadurch, dass es nicht erhitzt werden muss. Beide Hauptchips verfügen über eine 48‑Pin‑Karte, die die Interaktion mit Geräten, das Einstellen von Parametern und die Verifizierung ermöglicht.

Projekte verbessern das Branchenmodell

Projekte sind die von den Forschern vergebenen Namen für diese Mikroprozessoren. Diese kleinen Chips wurden so aufbereitet, dass Kreative die benötigten Komponenten in einem modularen Format nutzen können. Diese Struktur bietet Flexibilität und ermöglicht es Herstellern, auf Anfrage maßgeschneiderte Chips mit demselben Substrat zu fertigen. Dieser Ansatz reduziert zudem Abfall und steigert die Effizienz.

Stromverbrauch

Ein weiterer großer Vorteil von haarfeinen TFT-Halbleitern ist, dass sie nur wenig Energie zum Betrieb benötigen. Diese Geräte sind so optimiert, dass sie möglichst energieeffizient sind. In Zukunft könnten diese Geräte sich selbst mit statischer Energie oder anderen Methoden des kabellosen Ladens versorgen.

Echte Anwendungsbereiche für Thin-Film-Transistoren

Es gibt zahlreiche reale Anwendungsbereiche für TFTs. Sie sind derzeit in einer großen Auswahl an Smart‑Devices, Laptops und Displays zu finden. Diese Chips steuern die Pixel, können jedoch viel mehr. Hier sind einige potenzielle Anwendungsfälle für TFTs, die sie zur Technologie der Zukunft machen könnten.

Gesundheitswesen

Der Gesundheitssektor kann viel von der Einführung von TFT‑Geräten profitieren. Der Einsatz von Wearables für Freizeit, Leistung und medizinische Zwecke nimmt stetig zu. Diese Geräte könnten mit dieser Technologie deutlich kleiner hergestellt werden.
Stellen Sie sich einen Aufkleber vor, der lebenswichtige Herzdaten an medizinisches Fachpersonal zur Überwachung und Untersuchung übermitteln kann. Das Konzept ultra‑dünner Wearables könnte Verbände ermöglichen, die Infektionen überwachen, und viele weitere innovative Ideen, die bisher nur in Science‑Fiction-Filmen zu finden waren.

Robotik

Die Robotik sollte diese Technologie nutzen, um viele verschiedene Aspekte der Branche zu verbessern. Dünnere und leichtere Chips können bei der Miniaturisierung wichtiger Komponenten der Robotik helfen. Leichtere Roboter können länger laufen, weil ihre Batterien weniger belastet werden.
TFT‑Technologie könnte Roboterschnittstellen intuitiver machen. In Kombination mit KI‑Technologie könnte diese Technologie eines Tages die Gesichtsausdrücke unserer Roboter‑Kollegen und vieles mehr anzeigen. Derzeit hat die Robotikbranche schon lange nach energieeffizienteren Chipsätzen Ausschau gehalten.

Zukünftige Displays

Es gibt viele zukünftige Displays, die diese Technologie nutzen könnten. Der Aufstieg von VR‑ und AR‑Headsets ist ein gutes Beispiel für eine Technologie, die stark von leichtgewichtigen TFT‑Chip‑Designs profitieren würde. Die winzigen Displays in diesen Geräten könnten federleicht werden, was die Ergonomie verbessert und die langfristige Nutzung für den Nutzer weniger anstrengend macht.

Biegsame Bildschirme

TFT ist eine Schlüsseltechnologie zur Herstellung biegsamer Bildschirme. Die Flexibilität dieser dünnen Chips macht sie ideal für diesen Einsatz. Flexible Bildschirme würden den Markt revolutionieren. Aufrollbare Bildschirme sparen Platz und ermöglichen es jedem, innerhalb von Sekunden schnell auf Informationen zuzugreifen.

Internet der Dinge (IoT)

Der IoT‑Markt besteht aus Milliarden von Smart‑Devices. Diese Einheiten besitzen jeweils einen Sensor und können Daten über das Internet kommunizieren. Einige Smart‑Devices können sowohl empfangen als auch senden. Bemerkenswert ist, dass heute Milliarden von IoT‑Geräten im Einsatz sind. Sie nutzen Mikro‑Computing‑Technologie und Sensoren, um zu kommunizieren und Daten zu sammeln.

Der IoT‑Sektor könnte dank dieser neuesten Entwicklung eine verbesserte Miniaturisierung erfahren. Stellen Sie sich winzige Sensoren vor, die die Logistik und Lieferkette überwachen. Es gibt bereits viele dezentrale Optionen auf dem Markt. Diese zusätzliche Flexibilität bedeutet, dass der IoT‑Markt für TFT‑Ingenieure ein erster Schritt sein sollte.

IoT‑Geräte spielen weiterhin eine entscheidende Rolle im Industriesektor. Dort werden sie eingesetzt, um Fertigungsprozesse zu überwachen, Produkte zu authentifizieren und Logistikdaten mit dem Netzwerk zu teilen. Es gibt IoT‑Geräte, die Temperatur, Standort und Gültigkeit eines Assets in Echtzeit überwachen. Daher wird IoT‑Technologie als die beste Alternative für diese Anwendungen angesehen.

Unternehmen, die von dieser Technologie profitieren könnten

Mehrere Unternehmen könnten diese Technologie sofort nutzen und eine verbesserte Effizienz sowie Einnahmen erzielen. Der TFT‑Fertigungssektor expandiert weiter und der Wettbewerb wird intensiver. Hier sind einige Unternehmen, die Sie auf dem Markt kennen sollten.

1. Applied Materials 

AMAT Preisdiagramm

Der in den USA ansässige Technologiekonzern Applied Materials (AMAT ) ist ein führender Anbieter von Chips und Software für die Halbleiterindustrie. Das Unternehmen wurde 1967 gegründet und ging 1972 an die Börse. Seitdem hat das Unternehmen enorme Erfolge erzielt und gilt als Marktführer. Bemerkenswert: Das Magazin FORTUNE nannte Applied Materials im Jahr 2018 zu einem der weltweit bewunderten Unternehmen.

Im Jahr 2009 trat Applied Materials offiziell in den Chip‑Fertigungsmarkt ein. Heute ist es einer der weltweit führenden Halbleiter‑Chip‑Hersteller, und seine riesigen Foundries produzieren weiterhin Milliarden von Chips zur Unterstützung der digitalen Revolution. Heute konzentriert sich Applied Materials auf drei Bereiche: Halbleiter, globale Anwendungsdienste und Display‑Märkte.

Die AMAT‑Aktie gilt als kluge Investition. Die Aktie hat derzeit eine Marktkapitalisierung von 170,55 Mrd. $, und das Unternehmen wird mit 168,62 Mrd. $ bewertet. In Bezug auf die Kursentwicklung ist AMAT im letzten Jahr gestiegen. Konkret hat die Aktie den Markt übertroffen und ist in den letzten 52 Wochen um +81,73 % gestiegen.

2. Intel Corporation

INTC Preisdiagramm

Die Intel (INTC ) Corporation ist ein weiteres bekanntes Chip‑Herstellerunternehmen, das Innovationen und Fertigungsprozesse kontinuierlich auf ein neues Niveau hebt. Das Unternehmen trat 1968 in den Markt ein und hat seinen Hauptsitz in Kalifornien. Bemerkenswert ist, dass Intel‑Chips äußerst populär sind und die Fertigungsprozesse des Unternehmens im Laufe der Jahre verfeinert wurden.
Heute ist Intel einer der wichtigsten Foundries für die Chip‑Herstellung. Das Unternehmen bietet Full‑Stack‑Lösungen, die von Herstellern bei Bedarf entworfen und vorbestellt werden können. Diese Faktoren machen INTC zu einer klugen Aktie zum Halten. Analysten prognostizieren einen langsamen und stetigen Wertzuwachs, wobei einige erwarten, dass die Aktie von 35 $ in diesem Jahr auf 60 $ bis 2026 steigen wird.

Chip‑Knappheiten

Einer der Hauptfaktoren, der die weitere Forschung im TFT‑Chip‑Bereich vorangetrieben hat, sind die jüngsten Engpässe auf dem Markt. Der Halbleiter‑Chip‑Markt leidet weiterhin unter Engpässen aus verschiedenen Gründen. Erstens haben politische Spannungen dazu geführt, dass Länder ihre Chip‑Produktionsressourcen compartmentalisieren, um sich auf zukünftige Konflikte vorzubereiten.

Der Chip‑Mangel hat verschiedene Regionen unterschiedlich stark getroffen. Die EU hat die größten Auswirkungen gespürt, da ihr große Fertigungs‑Foundries fehlen, im Gegensatz zu den USA und China. Dieser Engpass hat viele Branchen dazu gezwungen, nach Ersatz zu suchen und Alternativen zu sichern, falls das Problem anhält.

Die Errichtung weiterer Foundries und eine bessere Ressourcennutzung könnten dazu beitragen, dieses Problem zu lindern. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die Nachfrage nach miniaturisierten High‑Tech‑Geräten stetig steigt, was bedeutet, dass die Marktnachfrage entsprechend folgen wird. Daher wäre es klug, sich entsprechend zu positionieren.

Die Zukunft der Thin-Film-Transistoren

Die Zukunft der TFT‑Chips wird automatisiert sein. KI‑Technologie wird Hand in Hand mit Entwicklern arbeiten, um neue und spannende Alternativen zum Status‑quo zu schaffen. Die nächste Generation von TFT‑Chips wird kleiner, erschwinglicher und einfacher herzustellen sein. All diese Faktoren werden sicherstellen, dass sie ein entscheidender Bestandteil der globalen Technologiebereiche bleiben.

Thin-Film-Transistoren auf Wachstumskurs

Es wäre schwierig, Analysten zu finden, die glauben, dass die Nutzung von TFT‑Chips in den kommenden Jahren zurückgehen wird. Der Anstieg miniaturisierter Elektronik befeuert diesen Trend weiter und treibt Innovationen im Markt voran. Dieser neueste Ansatz bietet eine inklusivere und realistischere Sicht auf die Herausforderungen bei der Einführung von TFT‑Chips. Daher sollten die hier präsentierten Daten der Branche helfen, ein Modell zu finden, das besser für ein Wachstum geeignet ist.
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